（化学专业论文）强耐腐蚀室温硫化硅橡胶的制备及性能研究.pdf

原创性声明 i i i t l li i i i i ) 1 1i i1 1 1 1 1 1i i 1 0 y 18 8 7 4 8 4 已经注明引用的内容外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得凼墓直太 兰及其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名迸指导教师签名：趟 日 期文1 21 z 厶么：丝 日 期：旺型么! 在学期间研究成果使用承诺书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：内蒙古大学有权将学位论文的 全部内容或部分保留并向国家有关机构、部门送交学位论文的复印件和磁盘，允许编入有关数据库进行 检索，也可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。为保护学院和导师的知识产权，作 者在学期间取得的研究成果属于内蒙古大学。作者今后使用涉及在学期间主要研究内容或研究成果。须 征得内蒙古大学就读期间导师的同意；若用于发表论文，版权单位必须署名为内蒙古大学方可投稿或公 开发表。 学位论文作者签名： 日期： 墨7 小唾 i l | j ( 。) _“ 指导教师签名： 日期： 内蒙古大学硕t z 学位论文 强耐腐蚀室温硫化硅橡胶的制备及性能研究 摘要 随着工农业的快速发展，环境污染日益严重，电力系统污闪事故的出现愈 为频繁导致局部及大面积停电事故，故防止和减少污闪事故的发生已成为维护 电力系统安全运行的重要措施。 本课题综述了大量的科技文献，为解决现今r 1 w 硅橡胶涂料在局部重污 染区域受酸、碱和金属颗粒等的影响，不能达到预期防污闪效果等的不足进行 了实验研究。 本课题设计了添加三种不同纳米填料的纳米复合r 1 硅橡胶，并采用傅 里叶变换红外光谱仪、接触角测定仪等手段对复合型r 硅橡胶进行了表征， 最后对涂料的整体性能进行了检测。 试验利用不同溶剂制备r t v 硅橡胶，结果表明使用不同的溶剂和溶剂添 加量对r 1 ：v 硅橡胶产生气泡有一定的影响，采用混合溶剂作为制备r t v 硅橡 胶的溶剂时，对r t v 硅橡胶中气泡的消除有明显改观。混合溶剂比例为5 ：1 时，r t v 硅橡胶中气泡完全消除。 研究发现采用静态接触角测定法测定不同填料所制备的r 硅橡胶的憎 水性能时，纳米s i 0 2 、纳米a i ( o h ) 3 和聚四氟乙烯( p t f e ) 填料所制备的r t v 硅橡胶的憎水角最大，其最大值为1 1 1 5 。 在2 5 、2 5 0 、3 0 0 和3 5 0 时，对不同添加料制备的r t v 硅橡胶进 一一 塑鍪直盔兰堡生堂堡迨奎一 一_ i - _ _ - - _ _ _ - _ _ _ - _ - _ - _ - _ - _ - l _ - _ - _ - _ l _ - _ - 一。一 行了老化试验并进行了红外测试，试验发现随着温度的升高，各种填料的r t v 硅橡胶在2 9 6 0c m - 1 ，1 2 6 0c m 1 ，1 0 1 0c m l ，8 0 0c m l 处的吸收峰均变弱。 在耐酸、碱和盐试验中，纳米s i 0 2 、纳米a i ( o h ) 3 和p t f e 填料所制备的 r t v 硅橡胶具有优良的耐腐蚀性能。 关键词：r t v 硅橡胶涂料；憎水性；老化；耐腐蚀 n s t u d yo ft h ep r o p e r t i e sa n d p r e p a r a t i o no fs t r o n g c o r r o s i o n r e s i s t a n tr o o mt e m p e r a t u r e v u l c a n i z e ds i l i c o n er u b b e r a bs t r a c t w i t ht h e r a p i dd e v e l o p i n g o fa g r i c u l t u r ea n di n d u s t r y , e n v i r o n m e n t c o n t a m i n a t i o nb e c o m e ss e r i o u sg r a d u a l l ya n dp o l l u t i o nf l a s h o v e ri np o w e rs y s t e m a p p e a r sf r e q u e n t l yt o o p r e v e n t i n g a n dr e d u c i n gt h ep o l l u t i o nf l a s h o v e r i sa n i m p o r t a n tm e a s u r e t om a i n t a i nt h es e c u r i t yo ft h ep o w e rs y s t e m i nt h i st h e s i s ，i tc o n s u l t sa n ds u m m a r i z e sl o t so f s c i e n t i f i cl i t e r a t u r e st os o l u t e r t vs i l i c o n er u b b e rc o a t i n g sw h i c hc a nn o tp r e v e n tp o l l u t i o nf l a s h o v e r a n d i n f l u e n c eb ya c i d ，a l k a l i , m e t a l l i cp a r t i c l e se r ea lu n d e rt h eh i g hc o n t a m i n a t i o n r e g i o nt h a tw ee x p e c t i n g s ow eb e g i n t or e s e a r c hi t o u rg r o u pd e s i g n e dt oa d dt h r e ed i f f e r e n tl l a n o f i l l e ro nr 1 s i l i c o n er u b b e r r t vs i l i c o n er u b b e rw a sc h a r a c t e r i z e db yf t - i r ，c o n t a c t i n ga n g l em e a s u r e m e n t ， a n df i n a l l yt h eo v e r a l lp e r f o r m a n c eo f t h ec o a t i n g sw a st e s t e d r t vs i l i c o n er u b b e rw a sp r e p a r e dw i t hd i f f e r e n ts o l v e n t s i ti sf o u n d t h eb u b b l e sa r ed i f f e r e n tw h i c hu s i n gd i f f e r e n ts o l v e n t sa n ds o l v e n tc o n t e n ti n t h er 1 s i l i c o n er u b b e r t h eb u b b l e si nr t vs i l i c o n er u b b e r w a se l i m i n a t e dm a r k e d l yw h i c h w a sp r e p a r e dw i t hm i x e ds o l v e n t s t h e s ew e r ec o m p l e t e l ye l i m i n a t e dt h a tm i x e d i i i s o l v e n t sw a s5 ：1 t h es t a t i cc o n t a c ta n g l em e a s u r e m e n tw a su s e dt ot e s tr t v s i l i c o n er u b b e r h y d r o p h o b i cp r o p e r t i e sw i t hd i f f e r e n tf i l l e r s i t i sf o u n dt h a tt h em a x i m u mv a l u ei s 111 5 。b yn a n o s i 0 2 ，r l a n o a i ( o h ) 3a n dp t f e t h er t vs i l i c o n er u b b e rt h a tw i t hd i f f e r e n tm a t e r i a l sw a st e s t e db y t h ea g i n g t e s ta n db yf t - i rw h e nt h et e m p e r a t u r ei s2 5 ，2 5 0 ，3 0 0 a n d 3 5 0 i t w a sf o u n dt h a ta b s o r p t i o np e a k sw i t hv a r i e t i e so fn a n o - f i l l e r si n2 9 6 0c r n l ，1 2 6 0 c r n 1 ，1 0 1 0c m l ，8 0 0c m 1b e c o m e w e a ka st h et e m p e r a t u r ei n c r e a s i n g t h er t vs i l i c o n er u b b e rw i t hn a n o s i 0 2 ，n a n o a i ( o h ) 3a n dp t f ef i l l e rh a s e x c e l l e n tr e s i s t a n c et oc o r r o s i o ni na c i d ，a l k a l ia n ds a l tt e s t k e y w o r d s ：r t vs i l i c o n er u b b e rc o a t i n g ；h y d r o p h o b i c i t y ；a g i n g ； r e s i s t a n c et oc o r r o s i o n i v 内蒙古大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i 1 1 硅橡胶概述1 1 2 污闪及防污闪2 1 2 1 污闪成因3 1 2 2 防污闪措施4 1 2 2 1 增加爬电距离4 1 2 2 2 对脏污绝缘子进行擦洗或冲洗5 1 2 2 3 使用合成绝缘子5 1 2 2 4 使用有机硅油和有机硅脂6 1 2 2 5 使用r t v 防污闪涂料。6 1 3 室温硫化型硅橡胶的研究进展7 1 3 1 室温硫化型硅橡胶涂料在国内的研究进展7 1 3 1 1 国内相关专利报道7 1 3 1 2 国内相关文献报道8 1 3 2 室温硫化型硅橡胶涂料在国外的研究进展8 1 3 2 1 国外相关专利报道8 1 3 2 2 国外相关文献报道9 1 3 3r 1 n 的特点及防污闪机理9 1 3 3 1r t v 的特点9 1 3 3 2r t v 防污闪机理1 3 1 3 4r t v 防污闪涂料的组分分析13 1 3 4 1 单组分室温硫化硅橡胶1 3 1 3 4 2 双组分室温硫化硅橡胶16 1 4r t v 的性能改进1 6 1 4 1 阻燃性l7 v 一 蜜鍪直盔堂堡主堂垡笙塞 一一 1 4 1 1 氢氧化铝的性质和阻燃机理1 8 1 4 2 耐老化1 9 1 5 研究目的及研究内容2 2 1 5 1 本论文研究课题的提出2 2 1 5 2 研究内容2 2 ，t t - l l f 实验部分2 3 2 1 实验原料与仪器2 3 2 1 1 实验原料2 3 2 1 2 试验仪器2 4 2 2 纳米复合r t v 硅橡胶的制备和测试方法2 4 2 2 1 试验中的主要反应2 4 2 2 2 工艺流程图2 5 2 2 3 添加不同溶剂的室温硫化硅橡胶的制备2 6 2 2 3 1 添加石油醚溶剂2 6 2 2 3 2 添加二甲苯溶剂。2 6 2 2 3 3 添加石油醚和二甲苯的混合溶剂2 6 2 2 4 添加不同填料的室温硫化硅橡胶的制备2 7 2 2 4 1 纳米二氧化硅填充的室温硫化硅橡胶的制备2 7 2 2 4 2 纳米二氧化硅和纳米氢氧化铝复合r t v 硅橡胶的制备2 7 2 2 4 3 添加纳米二氧化硅、纳米氢氧化铝和二氧化钛复合l 玎v 硅橡胶的制备2 7 一 _ 内蒙古大学硕士学位论文 3 1 1 4 不同单一溶剂和混合溶剂对纯r t v 中气泡的影响3 3 3 1 1 5 石油醚对纯r t v 中气泡的影响3 3 3 1 1 6 二甲苯对纯r t v 中气泡的影响3 4 3 1 1 7 混合溶剂对纯r t v 中气泡的影响3 5 3 1 2 单一纳米填料和纳米混合填料对r t v 的影响3 6 3 1 2 1 纳米二氧化硅( s i 0 2 ) 对r t v 成品的影响3 6 3 1 2 2 讨论3 6 3 1 2 3 纳米二氧化硅( s i 0 2 ) 和纳米氢氧化铝( a t h ) 对r t v 的影响3 7 3 1 2 4 讨论3 8 3 2 基本应用测试3 8 3 2 1 表干时间试验3 8 3 2 2 憎水性试验3 9 3 2 2 1 憎水性检测方法研究j 3 9 3 2 2 2 样品接触角4 0 3 2 3 阻燃性能试验4 2 3 2 4 介电强度试验4 2 3 2 5 耐酸、碱、盐性能4 3 3 2 5 1 耐酸试验4 3 3 2 5 2 耐碱试验4 5 3 2 5 3 耐盐试验4 6 3 2 6 红p b ( f t - i r ) 澳u 试4 7 3 2 7 热老化试验4 9 第四章全文总结。5 2 第五章待完善的问题5 3 参考文献5 4 致谢。6 0 v i i 内蒙古大学硕士学伊论文 第一章绪论 1 1 硅橡胶概述 硅橡胶是以硅氧烷与其他有机硅单体共聚的聚合物，而聚硅氧烷则由s i o ( 硅氧) 键重复连接构成。硅橡胶是一种兼具有无机和有机性质的高分子弹性体，硅橡胶与天然橡 胶及其他合成橡胶不同，一般不以生胶形式出售，在欧美国家多以母胶形式出售，也有以 混炼胶方式出售，日本制造商则均按备用( r e a d y u s e ) 形式供货。这是因为，在橡胶制品 加工厂中硅橡胶制品一般品种多而批量小，而且用白炭黑作补强添加剂需要专门的设备进 行配炼加工( 以免混入普通炭黑、防老剂等异种成分而降低成品物理性能及外观质量) ，用 户在配炼时限制条件较多。 硅橡胶具有优异的耐高低温性、耐臭氧和耐候性，优良的电绝缘性、特殊的生理惰性等 2 1 。故用途非常广泛，除在汽车、电器和电子、办公机械三大领域应用外，还大量用于建筑、 医疗、食品工业等方面，它属于特种橡胶范畴，但目前人们将它当做普通橡胶使用 3 1 。 硅橡胶按其硫化机理分为三大类：有机过氧化物引发自由基交联型( 也称热硫化型) 、 加成反应型和缩聚反应型( 也称室温硫化型) 。 热硫化型硅橡胶是指相对分子质量为4 0 万到6 0 万的硅橡胶。采用有机过氧化物作硫 化剂，经产生自由基使橡胶交联，从而获得硫化胶，是最早应用的一大类橡胶，品种很多。 按化学组成的不同，主要有以下几种：二甲基硅橡胶、甲基乙烯基硅橡胶、甲基乙烯基苯 基硅橡胶、甲基乙烯基三氟丙基硅橡胶、亚苯基硅橡胶等。 加成硫化型硅橡胶是指官能度为2 的含乙烯基端基的聚二甲基硅氧烷在铂化合物的催 化作用下，与多官能度的含氢硅烷加成反应，从而发生链增长和链交联的一种硅橡胶。生 胶一般为液态，聚合度为1 0 0 0 以上，通常称液态硅橡胶。例如，采用官能度为4 的含氢硅 烷，液态硅橡胶的链增长过程如下： 内蒙古大学硕士学位论文 h 2 c = c h c h 3c h 3 r c h 3 1 宁h 3 尹川1 f c 艿撞豸h 一 1 2 污闪及防污闪 闪络是指在高电压作用下，气体或液体介质沿绝缘表面发生的破坏性放电。对于绝缘 子闪络的类型主要有污闪、雨闪、冰闪、雷闪和操作闪络h i 。污秽闪络，简称污闪，是指聚 积在绝缘子表面上的具有导电性能的污秽物质，在潮湿天气受潮后，使绝缘子的绝缘水平 大大降低，在正常运行下发生的闪络事故。在上述的各种闪络类型中，由污秽引起的闪络 事故在电网总事故中位于前列”】。 电力系统污闪事故停电时间长、影响范围大，严重威胁着输变电设备的安全和各行各业 的顺利的发展。目前虽然采取了许多防污闪措施来抑制污闪事故的发生，但污闪事故并未 2 h 也一 c i 囟i c 心 一 心 一 一 一 i引io囟joi甜ih 卜 沪 心叱一 心 c i 囟i c h + 叱 c啦c p r 眺 o p r 呲 一一 一 一 内蒙古大学硕士学位论文 因此而消失。随着大气污染等环境的日益恶化，污闪事故仍不断发生，据统计8 3 1 9 6 旷1 9 8 3 年的1 4 年中，全国电网污闪跳闸2 9 0 0 次，年均1 4 6 次，1 9 8 6 1 9 8 9 年的4 年中发生1 6 0 0 次，年平均4 0 0 次。19 8 6 1 9 8 9 年的4 年中，因污闪事故造成国民经济年平均损失达3 亿 元。数字表明我国电力系统的安全运行仍面临着大面积污闪的风险，因此，研究和解决污 闪问题，是当前电力系统急待解决的问题之一。 1 2 1 污闪成因 j i az h i d o n g 等人【9 】提出了经r 1 v 涂覆过的绝缘子的闪络机理。作者认为发生闪络经历 了四个阶段，第一阶段，如图1 1a 所示，由于防污闪涂料的憎水性，涂料表面存在一些水 滴，但是没有形成连续的水膜；第二阶段，水滴在电场的作用下发生变形，并且部分水滴 相互融合到一起，出现部分区域湿润，如图1 1b 所示；第三阶段，在被润湿的区域的边缘， 电场强度会增加，这导致表面电晕的产生，而表面的电晕会使该位置涂膜的憎水性降低， 甚至使憎水性暂时丧失，此时表面的水滴就会铺展开来，漏电电流经过导电通路，热量使 得表面产生干区和湿区，并最终形成如图1 1c 所示的一些分离的湿区；第四阶段，表面不 断的有电弧产生，当电弧长度大于某个临界数值时，发生闪络如图1 1d 所示。 嚣器 m 婶融 b cd 图1 - 1 绝缘子的闪络机理 f i g u r e1 - 1m e c h a n i s mo fi n s u l a t o rf l a s h o v e r 污闪是闪络事故中最为严重的，所以人们对防污闪涂料的制备和防污闪机理的研究非常 重视，进而开展了大量的研究工作，并且取得了一定的研究成剁1 0 - 2 1 1 。防止污闪事故发生 内蒙古人学硕士学位论文 的直接措施就是尽量提高绝缘子的耐污闪性能，即采取防污闪措施，也就需要知道绝缘子 发生污秽闪络事故的原因。 在自然环境中运行的绝缘子，长期遭受各种污秽物，如工业污秽物( 水泥等) 和自然污 秽物( 沙尘等) 的污染，在干燥条件下，沙尘等污秽物的电阻大，绝缘性能不会降低，但 在雾、露水、雨、溶雪等空气湿度较高的情况下，绝缘表面的污秽物受潮湿润后，污秽物 当中的可溶物质会逐渐溶于水中，在绝缘表面形成一层能够导电的膜，加上绝缘表面的泄 漏距离小，湿污层的电阻较小，因而会出现放电现象。泄漏电流的焦耳热效应会使污秽层 的水分蒸发，由于绝缘子各个部分污秽层分布的几何尺寸不样，钢帽、钢脚附近或支持 绝缘子的杆径处，几何尺寸较小，相应的电流密度较大，焦耳热效应也显著，首先形成相 对其他部分的干燥区。由于干燥区电位明显提高，而其他潮湿区的电位较低，当高电位场 强达到临界值时，该处就会对低电位放电，在这种条件下跨越干区的放电形式称为电弧放 电，电弧呈黄红色并做频繁伸缩的树枝状，放电通道中的温度可提高到热游离的程度。而 对应的泄漏电流脉冲值也较大，可高达数十或数百毫安( m a ) 。若此时污秽物层继续受潮， 局部小电弧越加强烈，相应的泄漏电流值就越大，就会逐步向沿面发展，形成整个沿面放 电，此时电弧由黄红色树枝状转变为耀眼的青白色闪光，并伴有巨大的响声，发生污闪事 故2 3 1 。 由此可见，绝缘子发生的污秽闪络，取决于四个阶段的发生和发展，即2 5 】：( 1 ) 绝 缘子表面的染污过程；( 2 ) 绝缘子表面污层湿润的过程；( 3 ) 干燥带形成和局部电弧过程； ( 4 ) 局部电弧发展贯穿两极的过程。 1 2 2 防污闪措施 防污闪就是采取一定的手段和措施防止污闪事故的发生，在绝缘体表面喷涂r t v 防污 闪涂料是一种行之有效的措施。 我国从上世纪6 0 年代初开展防污闪工作，经过4 0 多年的研究探索，先后提出了许多防 污闪措施，并积累了比较丰富的运行经验。 防污闪措施主要有以下几种： 1 2 2 1 增加爬电距离 通过增加绝缘子数量来增加爬电距离，因为增加绝缘子数量会提高漏电距离，进而提高 4 内蒙古大学硕士学位论文 闪络电压，减少或防止污闪事故的发生，并且这个普通方法被许多输电系统单位所使用。但 是增加绝缘子数量还会带来一系列的问题，例如加大杆塔的负担、增加导线的摆动而引起相 间短路的概率等。另外，会冈污秽等级的加重而失去原有的防污效果。 1 2 2 2 对脏污绝缘子进行擦洗或冲洗 人工用抹布对绝缘子表面进行擦洗对除去污秽物是非常有效地方法，但是这种操作方式 在中等污秽的地区需要每年擦洗两次，在重污染区每年需要擦洗四次或更多，所以这种做 法不经济且浪费大量的人力，而且当绝缘子处在水泥厂等处时不能除去绝缘子表面的污秽 物。 带电水冲洗方法是另一种清洗绝缘子的方法，能够去除绝缘子表面松散的污秽物，然而 用水冲洗需要在一定的阶段进行操作，否则没有效果还会浪费。可是到目前为止还没有很好 的方法来判断何时适合用水冲洗，只能凭借过去的经验来操作，所以会经常出现清洗过于频 繁或者发生污闪事故后才清洗的情况。对于带电水冲洗由于对操作者要求比较专业而且较危 险，目前很少采用。 1 2 2 3 使用合成绝缘子 合成绝缘子是近几年开始应用的新型绝缘子，它重量轻、机械强度高，轴向拉力强，是 普通钢铁的1 5 倍，高强瓷的3 - 4 倍；抗污闪性能好，具有憎水性，下雨时在合成绝缘子表面不 会沾湿形成水膜，而是形成孤立的液滴，不易构成导电通道，它的闪络电压较高，约为同电 压等级瓷绝缘子的两倍；清扫周期较长，具有自清洁性。 合成绝缘子在中等污染和高污染区取代了大量的传统瓷绝缘子，并且可以起到很好的防 污效果，但如果在设计初期未使用合成绝缘子，在后续的防污工作中试图通过更换为合成绝 缘子几乎是不可能的事情，因为费用高且工程量大【2 6 1 。况且合成绝缘子还有两个致命的缺陷： 电性能缺陷和机械性能缺陷。电性能缺陷会由于闪电、落鸟、或其他原因而引起污闪事故。 机械性能缺陷主要是由物理原因引起的，如承受的径向( 垂直于中心线) 应力小，质量不佳 可形成折断及整个烧毁，伞部为硅橡胶较软，极易损坏而破坏密封层，导致绝缘性能下降【2 7 1 。 在变电站使用的支柱绝缘子由于机械强度的问题一般均不采用合成绝缘子，但变电站的绝缘 水平相对于线路是个薄弱环节，所以如何避免变电站设备发生污闪事故还必须采取其他的防 污闪措施。 内蒙古大学硕士学位论文 1 2 2 4 使用有机硅油和有机硅脂 有机硅油和有机硅脂是具有流动性的防污闪涂料，能够吸收落在绝缘子表面的污秽物进 而防止污闪事故的发生，它们能降低水落在绝缘子表面形成水膜的趋势，让包含污秽物的 水在绝缘子表面形成一个个孤立的液滴。有机硅油和有机硅脂聚友流动性是保证防污闪事 故发生的一个重要原因，当有机硅油和有机硅脂处在污染严重的地区时，它们会失去向有 的流动性，从而不能防止污闪事故的发生。有机硅油和有机硅脂虽然具有一定的防污闪性 能，但是它们有一个严重的问题就是使用寿命短，一般为半年到两年时间。当有机硅油和 有机硅脂失效需要重新涂覆是非常昂贵的且劳动强度大。 1 2 2 5 使用r t v 防污闪涂料 r t v 防污闪涂料是防止电力设备外绝缘污秽闪络的重要手段。近几年，随着工业生产 的快速发展，工业废物排放量也不断增大，使得环境污染愈为严重，输电设备发生污闪事 故也愈为频繁。这就迫使我们对输电设备外绝缘的重视，防污闪涂料对提高输电设备的绝 缘性能有很好的效果，防污闪涂料在变电站的使用也与日俱增，已经成为变电设备防污闪 的重要手段。在绝缘子表面涂防污闪涂料后，在雨、露、雾等潮湿环境下表面会形成不连 续的水珠，而不易形成连续的水膜，表面的电阻大漏电电流小，不易发生放电现象，能够 维持污闪电压，不出现污闪事故。 通常使用的防污闪涂料有地蜡、硅油、硅脂等，由于它们的使用寿命短等缺陷，研究者 们开始致力于硅橡胶类固体防水涂料。国内第一代新型防污闪涂料室温硫化硅橡胶 ( r t v ) 涂料问世于2 0 世纪8 0 年代，r t v 是一种室温硫化硅橡胶，它具有优良的憎水性、 憎水迁移性【2 8 铷1 、耐污闪特性，以及优良的热稳定性、电绝缘性、耐候性、耐臭氧性和透 气性、无毒无味等优点，成为电力系统输变电设备防污闪的首选涂料。r t v 涂刷在绝缘子 表面后，在常温下固化为一层绝缘膜，并附着在绝缘子表面。它不仅具有与有机硅油和有 机硅脂一样的憎水性，而且具有很强的憎水迁移特性，硅橡胶中存在游离的小分子聚合物， 由于小分子聚合物的运动会逐渐由内部迁移到绝缘子污秽层的表面，使得污秽层也具有憎 水性能。因绝缘子表面的污秽是逐渐形成的，而r t v 的憎水迁移时间不大于2 h ，憎水性可 以及时迁移到污秽层表面，所以在潮湿气候条件下，凝结在绝缘子表面的水分很难成片连 续浸润形成连续水膜，从而使得绝缘子耐污性能大大提高【3 1 1 。 近些年实际运行证明，r t v 涂料具有优良的防污闪性能，已经广泛应用于玻璃绝缘子和 6 内蒙古人学硕士学位论文 瓷绝缘子上。但l 玎v 涂料本身的材质较软，容易沾染污秽物，而且难以清洗，随着使用时间 的延长，表面污秽层会不断增厚，使得r t v 涂料内部的小分子聚合物迁移速率下降，涂料防 污闪性能也会相应下降。 1 3 室温硫化型硅橡胶的研究进展 由于r t v 具有绝缘性能好、耐候性强，而且又具有很好的憎水和憎水迁移性，所以在 电力防污闪方面具有很大的应用潜力，逐步取代传统的硅油和硅酯。国内外的科研人员也 对此作了大量的研究工作。 1 3 1 室温硫化型硅橡胶涂料在国内的研究进展 2 0 世纪8 0 年代以后，由于环境污染日趋严重致使污闪事故频发，从而引起电力系统研究 者的高度重视。国内在r t v 防污闪涂料研究方面起步较晚，2 0 世纪8 0 年代初r t v 涂料才被引 入国内。在清华大学开始致力于室温硫化型硅橡胶的研究，并在天津供电局测试运行。经过 近3 0 年发展，我国在室温硫化型硅橡胶防污闪涂料方面已经取得了长足的进展。 1 3 1 1 国内相关专利报道 齐卫东等【3 2 】在专利中介绍了一种纳米加强型r t v 长效防污闪涂料及其生产工艺。该涂 料以端羟基聚二甲基硅氧烷为基胶、纳米s i 0 2 为补强填料，再混以交联剂、溶剂、催化剂 及颜料搅拌均匀即得。该产品具有优良的触变性，具有紫外线吸收、红外线反射的能力， 机械强度大幅度提高，憎水迁移性速度增加，进一步提高了防污闪能力。 贾志东等【3 3 】介绍了防绝缘子覆冰涂料及其制备方法。其主要成分有：聚二甲基硅氧烷、 导电填料、有机溶剂、碳纤维粉、氢氧化铝、二氧化硅、氧化锌和硅烷偶联剂均匀混合制 的该产品，该防覆冰涂料成本低廉，不仅具有原来r t v 涂料所具有的防污闪性能，还能有 效降低覆冰对输电线路上绝缘子的危害。由于用涂料的方法防覆冰施工简单，无需进行任 何线路改造，因此应用前景非常广阔。 刘勇，李同喜等【3 4 l 公开了一种电力r t v 表面功能涂料，其特征在于其质量份数组成为： 二羟基聚二甲基硅氧烷1 0 0 ，甲基硅油1 0 _ 4 0 ，s i 0 28 一1 5 ，交联剂4 8 ，二月桂酸二丁基 锡0 0 l 珈3 ，在一定干燥条件下，将以上组份经过捏合、薄通，提取低沸物及真空除气工 7 内蒙古大学硕士学位论文 艺，密封包装。使用时与空气中水份结合，形成功能弹性体。这种表面功能涂料使憎水迁 移性h c 2 - h c 3 指标得到了显著改善。 1 3 1 2 国内相关文献报道 王锦成等【3 5 】向r t v 硅橡胶中添加蒙脱土后发现硅橡胶的拉伸强度明显提高，有原来的 1 3 9 m p a 增加到1 9 8 m p a ，提高了4 2 4 ；断裂伸长率也有所提高，由1 9 0 提高n 2 1 0 ，提高 了1 0 5 ；透气量只有其0 0 0 3 ，而透气系数只有其0 0 0 9 ；热分解中心温度变化不大，分 解的剧烈程度也得到较大程度的抑制。 高伟，汪倩等【3 6 】作者研究了c a c 0 3 和s i c 两类非补强性填料以及填料的粒径与分布对 室温硫化硅橡胶拉伸强度、断裂伸长率和耐温性能等的影响，发现合适粒径的非补强性填 料对室温硫化硅橡胶有较好的补强效果。且在填料粒径及分布匹配时有最好的补强效果， 选用s i c 时还可以有效提高室温硫化硅橡胶的热稳定性。 1 3 2 室温硫化型硅橡胶涂料在国外的研究进展 国外在电力防污闪涂料方面的研究较早，于上个世纪6 0 年代就开始了室温硫化硅橡胶 防污闪涂料的研究。 1 3 2 1 国外相关专利报道 1 9 7 9 年，h o m a n 等3 7 1 报道了以聚二甲基硅氧烷和甲基乙烯基硅氧烷为基胶、二氧化硅 为补强填料、甲基含氢硅油为交联剂、含铂络合物为催化剂，制备了一种可低温固化的有 机硅涂料。将该涂料用于高压绝缘子后，可以明显提高其闪络电压。但是由于其硫化温度 为1 5 0 c ，只能在未挂线的绝缘子上施工，限制了该产品的推广和应用。n i e m i 等【3 8 】对涂 有该r t v 涂层的绝缘子、涂有热硫化硅橡胶的绝缘子和无涂层的绝缘子的电性能进行了对 比，发现涂有l 玎v 的绝缘子具有较小的漏电电流和最优的抗电弧性能。同时他们对添加了 氢氧化铝填料和未添加氢氧化铝填料的产品进行了对比，证实了氢氧化铝可以有效提高该 涂料的抗电弧性能。 近年来，随着输送电压的不断提高和环境的进一步恶化，对室温硫化硅橡胶防污闪涂料 的性能也有了迸一步提高的要求。研究人员也针对这些要求作了大量的工作，尤其是在机 械强度、阻燃性能和粘结性能等方面【3 9 4 。 8 内蒙古大学硕士学位论文 1 3 2 2 国外相关文献报道 在国外大量相关的文献中，大部分是针对i 玎v 在防污闪涂料应用中关键性能的研究方 面，包括涂料憎水性和憎水迁移性的机理研究、老化研究、表面放电机理研究以及填料对 涂料综合性能的影响等。 s u w a m o 掣4 2 】通过对含有不同氢氧化铝填充浓度的涂料进行研究，也得出了相似的结 论，认为高氢氧化铝填充有助于提高涂料的耐老化性能。r a m i r oh e r n a n d e z 等【4 3 】考察 了电晕放电和加速老化对人工涂污的r t v 防污闪涂层憎水迁移性的影响，研究发现加速老 化对涂料憎水迁移性影响很大，而电晕对憎水迁移性的影响却很小。 1 3 3r t v 的特点及防污闪机理 1 3 3 1r t v 的特点 r t v 硅橡胶是2 0 世纪6 0 年代问世的种新型有机硅弹性体，不仅具有耐氧化、耐宽 广的高低温交变、耐寒、耐臭氧、优异的电绝缘性能、生理惰性、耐烧蚀、耐潮湿等优良 性能之外m 】，还具有长效、免维护、耐污闪特性等优点，以及优良的憎水性、憎水迁移性。 所谓憎水性【4 5 】是指材料不能被水润湿的性质，一般用接触角来表示。接触角又称润湿 角，是指在一固体水平平面上滴一水滴，固体表面上的固一液一气三相交界点处，其气液 界面和固液界面两切线把液相夹在其中时所成的角，是水在固体表面形成热力学平衡时所 保持的角度。它是衡量界面张力的标志，是判定物质憎水性的重要因素之一。通常水珠对 固体能否润湿，取决于几个界面张力的相对大小。下图是液滴的接触角表面张力示意图【4 6 1 。 bc 固体 图1 - 2 水珠的静态接触角表面张力示意图 f i g u r e1 - 2s u r f a c e t e n s i o nd i a g r a mo f t h es t a t i cc o n t a c ta n g l eo f w a t e rd r o p l e t s 9 内蒙古大学硕士学位论文 图中，在三个表面张力交汇的点处，三种表面张力相互作用，气液的表面张力? g - i ( 向 量a ) 和气固界面张力y s - g ( 向量b ) j j l 羽使液滴沿其方向伸展，而周液的表面张力丫s 1 ( 向量 c 1 又力图使液滴收缩，液固界面水平线与气形成的相对夹角，称为接触角0 。当三个力达到 平衡时，有0 与三个界面张力之间的关系称为y o u n g 方程： 以一g 一心一，= 以一，c o s0(1-1) 该方程可以转化为： 7 s g 一 ys l c o s0 - - - 生二星土旦 、 以一， 1 。” 故只要知道了三个表面张力的数值，就可以计算出接触角。可以看出固液的表面张力m 越大，0 角越大，材料的憎水性也就越好。防污闪涂料室温硫化硅橡胶正是由于其具备较大 的固液表面张力，所以呈现出较好的憎水性。 通常情况下，以0 - - 9 0 。为界限来判断物质的憎水性。如0 9 0 。，接触角即为钝角， 液滴呈滚球状，不能润湿固体，这时，丫s - g 丫s 1 ，则该物质具有憎水性。0 = 18 0 。是物质 的一个临界情况，此时，液滴呈球形与固体相切，与物质完全不润湿，此时： 苁一g + 一，= 以一，；如0 3 z s i ，物质憎水性较差。0 = 0 。是物质的一个临界情况，液体在固体表面铺展 成一层薄膜，为完全润湿，这时，以一g + 以一f = 以一z 。 接触角的测量基于y o u n g 方程，必须满足条件：( 1 ) n 体表面是刚性的、均匀的、光滑 的。( 2 ) 固体表面是惰性的，没有膨胀和化学反应。 固体表面的憎水性状态由材料的表面张力决定，而目前尚无直接准确测定固体表面张 力的方法，因此材料憎水性状态的表征可以直接由水分在固体材料表面的积聚状态表示。 目前用于测量涂料表面憎水性的方法有【4 7 】：喷水分级法和静态接触角法等。 喷水分级法【4 8 】：是由瑞典输电研究所提出的测量复合绝缘子表面憎水性状态的方法。 该方法将憎水性状态分为7 个等级【4 9 ，5 们，h c i 代表完全憎水性的表面，h c 7 代表亲水性的 表面。各级之间划分的主要依据是水在被测表面的积聚状态与后退角的大小，并有标准的 分级图参考 5 1 , 5 2 , 5 3 】。h c 法可以方便地用于实际绝缘子憎水性地现场评估，其缺点是受主观 因素影响比较大。 1 0 内蒙古大学硕士学位论文 静态接触角法是通过测量r t v 涂料表面平衡水珠的接触角来反映材料表面憎水性状态 的方法，所用水珠的体积一般为4 7ul 左右。这种方法测量简单、定量准确，被广泛用于 材料表面憎水性的评估。但在用于粗糙或被污染的表面憎水性的评价时，接触角会有明显 的迟滞现象【4 7 1 。 用于评价材料表面地憎水性状态时，静态接触角法和喷水分级法的敏感区域稍有不同， 这种差别在污层表面憎水性的测量中表现的比较突出，接触角法与h c 值法可以互相弥补 对方的不足。 除了上面提到测量憎水性方法之外，还有e s s d 、n s d d 、t s d d 、扫描电子显微镜 ( s e m ) 【5 4 】以及疏水作用色谱法( h y d r o p h o b i ci n t e r a c t i o nc h r o m a t o g r a p h y ) 等测量憎水性的大 d 、, t 4 7 1 。通常情况下，洁净的室温硫化硅橡胶表面的静态接触角均大于9 0 。，为h c l 级，即 其表面为憎水性表面。 所谓憎水迁移性是指涂料表面积有污秽后，涂料本身的憎水性可以迁移到污层表面， 及污层表面也具有憎水性。这样脏污绝缘子也不易受潮，即使有水分，也是以不连续的小 水珠存在，不形成连续的水膜，在绝缘表面难以构成导电通路，从而提高了绝缘子的污闪 电压。试验和实际运行情况表明：r t v 涂料提高污闪电压的幅度高达10 0 t 5 5 1 。 国内外对影响r t v 涂料憎水迁移性的因素进行了大量的试验研究，从目前研究结果看， 有一些因素不影响r t v 涂料的憎水迁移性能，这些因素包括涂层厚度、基质类型、甲基硅油 的量【5 6 】、附盐密度、附灰密度、附灰频度和涂层厚度【5 7 】。 ( 1 ) 温度通过实验可得知：憎水性的迁移时间和温度有关，随着温度的升高，憎水性 的迁移时间越短，主要是因为温度升高使得小分子物质运动速度加快，缩短了到达污秽层的 时间【5 引。 ( 2 ) p d m s 分子量p d m s 是r t v 涂料中主要的成分，所以r d m s 对憎水迁移性的影响 起主要作用。p d m